Fiche technique de l'afficheur LED LTS-4801JG - Hauteur de chiffre 0,4 pouce - Vert AlInGaP - Tension directe 2,6V - Dissipation de puissance 70mW - Document technique en français

1. Vue d'ensemble du produit

Le LTS-4801JG est un afficheur numérique à un chiffre et sept segments utilisant la technologie semi-conductrice AlInGaP (Phosphure d'Aluminium Indium Gallium) pour produire une lumière verte. Il est conçu comme un dispositif à anode commune, ce qui signifie que les anodes de tous les segments LED sont connectées en interne et ramenées à des broches communes, tandis que chaque cathode de segment est individuellement accessible. Cette configuration est courante dans les applications d'affichage multiplexé. L'afficheur présente un fond gris avec des segments blancs, ce qui améliore le contraste et la lisibilité sous diverses conditions d'éclairage. Son application principale se trouve dans les équipements électroniques nécessitant une lecture numérique claire et lumineuse à un chiffre, tels que les panneaux d'instrumentation, les appareils électroménagers et les commandes industrielles.

1.1 Avantages principaux

• Luminosité et contraste élevés :Le système de matériau AlInGaP offre une efficacité lumineuse élevée, résultant en une excellente luminosité. La conception fond gris/segments blancs améliore encore le contraste pour une apparence des caractères supérieure.
• Faible consommation d'énergie :Le dispositif fonctionne avec des courants directs relativement faibles, le rendant adapté aux applications alimentées par batterie ou à haute efficacité énergétique.
• Fiabilité de l'état solide :En tant que dispositif à base de LED, il offre une longue durée de vie opérationnelle, une résistance aux chocs et des temps de commutation rapides par rapport aux technologies plus anciennes comme les afficheurs à incandescence ou fluorescents sous vide.
• Performance catégorisée :L'intensité lumineuse est catégorisée, permettant un appariement cohérent de la luminosité dans les afficheurs multi-chiffres.
• Angle de vision large :Le boîtier et la conception de la puce offrent un large angle de vision, garantissant la lisibilité de l'afficheur depuis diverses positions.
• Boîtier sans plomb :Le dispositif est conforme aux directives RoHS (Restriction des substances dangereuses).

1.2 Applications cibles

Cet afficheur est destiné à être utilisé dans des équipements électroniques ordinaires. Les applications typiques incluent les équipements de bureau (ex. : photocopieurs, imprimantes), les dispositifs de communication, les appareils ménagers (ex. : micro-ondes, fours, lave-linge), les instruments de test et de mesure, et les panneaux de contrôle industriel. Il n'est pas conçu pour des applications nécessitant une fiabilité exceptionnelle où une défaillance pourrait mettre en danger la vie ou la santé (ex. : aviation, dispositifs médicaux de maintien des fonctions vitales) sans consultation et qualification préalables.

2. Analyse approfondie des spécifications techniques

2.1 Caractéristiques maximales absolues

Ces valeurs définissent les limites au-delà desquelles des dommages permanents au dispositif peuvent survenir. Le fonctionnement sous ou à ces conditions n'est pas garanti.

• Dissipation de puissance par segment :70 mW. C'est la puissance maximale qui peut être dissipée par un seul segment LED sans causer de dommages.
• Courant direct de crête par segment :60 mA. Ceci n'est autorisé qu'en conditions pulsées (cycle de service 1/10, largeur d'impulsion 0,1 ms) pour éviter la surchauffe.
• Courant direct continu par segment :25 mA à 25°C. Ce courant doit être déclassé linéairement de 0,33 mA/°C lorsque la température ambiante (Ta) augmente au-dessus de 25°C.
• Plage de température de fonctionnement et de stockage :-35°C à +85°C. Le dispositif peut être stocké et fonctionner dans cette plage complète.
• Température de soudure :Maximum 260°C pendant 5 secondes, mesurée à 1/16 de pouce (environ 1,6 mm) sous le plan d'assise.

2.2 Caractéristiques électriques et optiques

Ce sont les paramètres de fonctionnement typiques mesurés à Ta=25°C, définissant les performances du dispositif dans des conditions normales.

• Intensité lumineuse moyenne (I_V) :320 à 850 μcd (microcandelas) à un courant direct (I_F) de 1 mA. Cette large plage indique que le dispositif est catégorisé (binné) pour l'intensité.
• Longueur d'onde d'émission de crête (λ_p) :571 nm (typique). C'est la longueur d'onde à laquelle l'intensité de la lumière émise est la plus élevée, dans la région verte du spectre.
• Longueur d'onde dominante (λ_d) :572 nm (typique). C'est la longueur d'onde perçue par l'œil humain, correspondant étroitement à la longueur d'onde de crête.
• Demi-largeur de raie spectrale (Δλ) :15 nm (typique). Ceci spécifie la largeur de bande de la lumière émise, indiquant une couleur verte relativement pure.
• Tension directe par puce (V_F) :2,05V à 2,6V à I_F=20 mA. C'est la chute de tension aux bornes de la LED en fonctionnement. La conception du circuit doit tenir compte de cette plage.
• Courant inverse par segment (I_R) :Maximum 100 μA à une tension inverse (V_R) de 5V. Ce paramètre est uniquement à des fins de test ; un fonctionnement en polarisation inverse continue n'est pas autorisé.
• Rapport d'appariement d'intensité lumineuse :Maximum 2:1 pour les segments dans la \"zone de lumière similaire\". Ceci assure une uniformité d'apparence sur le chiffre.
• Diaphonie :La spécification est inférieure à 2,5%. Ceci fait référence à l'illumination non désirée d'un segment non alimenté due à une fuite électrique ou à un couplage optique.

3. Explication du système de binnage

La fiche technique indique que l'intensité lumineuse est \"catégorisée\". Cela signifie généralement que les dispositifs sont testés et triés (binnés) après production en fonction de leur flux lumineux mesuré à un courant de test standard (1 mA dans ce cas). Le binnage garantit que les afficheurs utilisés ensemble dans une application multi-chiffres auront une luminosité appariée, empêchant qu'un chiffre apparaisse sensiblement plus sombre ou plus lumineux que ses voisins. Les concepteurs doivent spécifier ou être conscients du bin d'intensité lors de la commande pour assurer la cohérence dans leur application.

4. Analyse des courbes de performance

La fiche technique fait référence aux \"Courbes typiques des caractéristiques électriques/optiques\". Bien que les graphiques spécifiques ne soient pas fournis dans l'extrait de texte, de telles courbes illustrent généralement la relation entre les paramètres clés. Sur la base du comportement standard des LED, les courbes attendues incluent :

• Courbe I-V (Courant-Tension) :Montre la relation exponentielle entre la tension directe (V_F) et le courant direct (I_F). La courbe montrera une tension de seuil autour de 2V puis une montée relativement raide.
• Intensité lumineuse vs. Courant direct (I_V vs I_F) :Montre comment le flux lumineux augmente avec le courant. Il est généralement linéaire sur une plage mais saturera à des courants très élevés en raison des effets thermiques.
• Intensité lumineuse vs. Température ambiante (I_V vs T_a) :Illustre la diminution du flux lumineux lorsque la température de jonction augmente. C'est une considération critique pour les environnements à haute température.
• Distribution spectrale :Un tracé de l'intensité relative en fonction de la longueur d'onde, montrant un pic autour de 571-572 nm avec une largeur d'environ 15 nm à la moitié de l'intensité maximale.

5. Informations mécaniques et de boîtier

5.1 Dimensions du boîtier

L'afficheur a une hauteur de chiffre de 0,4 pouce (10,0 mm). Le dessin mécanique détaillé fournit toutes les dimensions critiques, y compris la longueur, la largeur et la hauteur globales, la taille et l'espacement des segments, et l'emplacement des broches. Les notes clés du dessin incluent :

• Toutes les dimensions sont en millimètres avec une tolérance générale de ±0,25 mm sauf indication contraire.
• La tolérance de décalage de l'extrémité des broches est de ±0,40 mm.
• Le diamètre de trou de PCB recommandé pour les broches est de 1,10 mm.
• Des critères de qualité sont définis pour les corps étrangers, les bulles dans le segment, la flexion du réflecteur et la contamination de l'encre de surface.

5.2 Connexion des broches et schéma de circuit

Le dispositif a une configuration à 10 broches en rangée simple. Le schéma de circuit interne montre une structure à anode commune. Le brochage est le suivant : Broche 1 (Cathode G), Broche 2 (Cathode F), Broche 3 (Anode Commune), Broche 4 (Cathode E), Broche 5 (Cathode D), Broche 6 (Cathode Point Décimal), Broche 7 (Cathode C), Broche 8 (Anode Commune), Broche 9 (Cathode B), Broche 10 (Cathode A). Notez qu'il y a deux broches d'anode commune (3 et 8), qui sont connectées en interne. Ceci permet une flexibilité dans la disposition du PCB et peut aider à la distribution du courant.

6. Guide de soudure et d'assemblage

6.1 Profil de soudure automatisée

Pour la soudure à la vague ou par refusion, la condition spécifiée est de 260°C maximum pendant 5 secondes, mesurée à 1,6 mm (1/16 de pouce) sous le plan d'assise du boîtier. La température du corps du composant pendant l'assemblage ne doit pas dépasser sa température maximale nominale. Le respect de ce profil est crucial pour éviter d'endommager le boîtier plastique ou les liaisons internes par fil.

6.2 Soudure manuelle

Si une soudure manuelle est nécessaire, la pointe du fer doit être appliquée sur la broche à 1,6 mm sous le plan d'assise. La température de soudure doit être de 350°C ±30°C, et le temps de contact ne doit pas dépasser 5 secondes. L'utilisation d'une température plus élevée pendant un temps très court minimise le transfert de chaleur vers les puces LED sensibles.

7. Considérations de conception d'application

Plusieurs avertissements et recommandations importants sont fournis pour un fonctionnement fiable :

• Protection du circuit de commande :Le circuit doit protéger les LED des tensions inverses et des pics de tension transitoires pendant la mise sous tension ou l'arrêt, car ceux-ci peuvent provoquer une défaillance immédiate.
• Commande à courant constant :Celle-ci est fortement recommandée par rapport à la commande à tension constante. Une source de courant constant assure une luminosité cohérente et protège la LED de l'emballement thermique, car la tension directe diminue avec l'augmentation de la température.
• Prise en compte de la variation de V_F :Le circuit de commande doit être conçu pour délivrer le courant prévu sur toute la plage de tension directe (2,05V à 2,6V par puce à 20 mA).
• Déclassement du courant :Le courant continu de fonctionnement sûr doit être choisi après avoir considéré la température ambiante maximale de l'application, en utilisant le facteur de déclassement de 0,33 mA/°C au-dessus de 25°C.
• Éviter la polarisation inverse :Le fonctionnement en polarisation inverse continue doit être strictement évité car il peut entraîner une migration métallique et une défaillance prématurée du dispositif.

8. Tests de fiabilité

Le dispositif subit une série de tests de fiabilité standardisés pour assurer sa robustesse. Le plan de test comprend :

• Test de durée de vie en fonctionnement (RTOL) :1000 heures au courant nominal maximum à température ambiante.
• Tests environnementaux :Stockage à haute température/humidité (500 h à 65°C/90-95% HR), Stockage à haute température (1000 h à 105°C), Stockage à basse température (1000 h à -35°C).
• Tests de contrainte :Cyclage thermique (30 cycles entre -35°C et 105°C) et Choc thermique (30 cycles entre -35°C et 105°C).
• Tests de compatibilité de processus :Résistance à la soudure (10 sec à 260°C) et Soudabilité (5 sec à 245°C).

Ces tests font référence à des normes militaires établies (MIL-STD), industrielles japonaises (JIS) et internes, fournissant une confiance dans la durabilité du composant sous diverses conditions de stockage et de fonctionnement.

9. Questions fréquemment posées (FAQ)

Q : Puis-je piloter cet afficheur directement avec une broche de microcontrôleur 5V ?

R : Non. La tension directe est d'environ 2,6V max, et une résistance de limitation de courant en série est obligatoire. Une connexion directe à 5V détruirait la LED en raison d'un courant excessif. Calculez la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F.

Q : Pourquoi y a-t-il deux broches d'anode commune ?

R : Elles sont connectées en interne. Cette conception permet un routage PCB plus flexible, peut aider à équilibrer le courant si plusieurs segments sont pilotés simultanément, et fournit une stabilité mécanique.

Q : Comment obtenir une luminosité uniforme dans un afficheur multi-chiffres ?

R : Utilisez des pilotes à courant constant et assurez-vous d'utiliser des afficheurs provenant des mêmes bacs d'intensité lumineuse ou de bacs étroitement appariés. Mettez en œuvre le multiplexage avec un courant de segment et un cycle de service appropriés.

Q : Quelle est la différence entre la longueur d'onde de crête et la longueur d'onde dominante ?

R : La longueur d'onde de crête est la longueur d'onde physique de la puissance spectrale la plus élevée. La longueur d'onde dominante est le point de couleur perçu sur le diagramme de chromaticité CIE. Pour une source monochromatique comme cette LED verte, elles sont très proches.

10. Étude de cas de conception

Considérez la conception d'un afficheur de thermomètre numérique simple utilisant le LTS-4801JG. Le système utilise un microcontrôleur avec une sortie multiplexée. Les étapes de conception incluent :

1. Sélection du pilote :Choisissez un circuit intégré pilote LED à courant constant ou concevez des circuits à transistors discrets capables d'absorber le courant de segment requis (ex. : 10-15 mA pour une bonne luminosité).
2. Réglage du courant :Déterminez le courant de fonctionnement. Par exemple, sélectionner 10 mA fournit une bonne luminosité tout en restant bien en dessous du maximum de 25 mA, permettant une marge pour le déclassement thermique.
3. Schéma de multiplexage :Configurez le microcontrôleur pour parcourir rapidement les chiffres. Les anodes communes sont pilotées par des transistors PNP (ou des pilotes côté haut) commutés par le MCU, tandis que les cathodes de segment sont connectées aux sorties d'absorption de courant du circuit intégré pilote.
4. Disposition du PCB :Placez l'afficheur sur la carte, en veillant à utiliser les trous recommandés de 1,10 mm. Routez les deux lignes d'anode commune séparément pour équilibrer la distribution du courant. Gardez les pistes pour les lignes de segment à fort courant courtes et larges.
5. Gestion thermique :Si le dispositif doit être utilisé dans un environnement à température ambiante élevée (ex. : >50°C), recalculez le courant continu maximal autorisé en utilisant le facteur de déclassement : I_F(max)= 25 mA - [0,33 mA/°C * (T_a- 25°C)].

11. Introduction à la technologie et au principe

Le LTS-4801JG est basé sur la technologie semi-conductrice AlInGaP cultivée sur un substrat GaAs non transparent. Lorsqu'une tension directe est appliquée à travers la jonction p-n, les électrons et les trous se recombinent, libérant de l'énergie sous forme de photons. La composition spécifique de l'alliage AlInGaP détermine l'énergie de la bande interdite, qui à son tour définit la longueur d'onde de la lumière émise - dans ce cas, le vert (~572 nm). Le substrat non transparent aide à améliorer le contraste en absorbant la lumière parasite. Le format à sept segments est un moyen standardisé de représenter les chiffres (0-9) et certaines lettres en illuminant sélectivement sept barres LED indépendantes (segments A-G) plus un point décimal.

12. Tendances de l'industrie

Bien que les afficheurs à sept segments restent essentiels pour les lectures numériques simples, la tendance de l'industrie va vers l'intégration et la miniaturisation. L'utilisation de boîtiers CMS (Composants Montés en Surface) pour l'assemblage automatisé est croissante. De plus, les afficheurs multi-chiffres monolithiques et les afficheurs intelligents avec pilotes intégrés (I2C, SPI) deviennent plus courants pour simplifier la conception du système et réduire le nombre de composants. Cependant, les composants discrets à un chiffre comme le LTS-4801JG continuent de servir les applications sensibles au coût, le prototypage et les conceptions nécessitant des caractéristiques mécaniques ou optiques spécifiques non offertes par les modules intégrés. La tendance vers une efficacité plus élevée et une gamme de couleurs plus large dans la technologie LED influence également les composants d'affichage, bien que pour les afficheurs monochromes comme celui-ci, l'efficacité et la fiabilité soient les principaux moteurs.